KR101834398B1 - 침구용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침구류용 항균성 나노섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은, 기재 및 상기 기재의 한 쪽 면에 1층 또는 2층 이상의 나노섬유 웹이 적층된 구조를 가지고, 상기 나노섬유 웹의 총 평량이 바람직하게는 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만, 더욱 바람직하게는 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용하는 경우 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있으며, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 상향식 및 하향식 전기방사장치에 의해 나노섬유 웹을 제조하여 나노섬유 원단의 생산 효율을 향상시키는 효과를 거둘 수 있다.
그리고 본 발명은 공기투과성 및 항균 효과가 우수한 나노섬유 원단을 제공하는 효과도 있다.

Description

침구용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법{Nano fabrics for beddings and its Manufacturing method}

본 발명은 전기방사장치를 이용한 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 집먼지 진드기의 크기는 약 100-300㎛이나, 집먼지 진드기의 배설물 및 사체는 약 40㎛이하의 크기로써 육안으로 구분하기에 그 크기가 매우 작다. 그만큼 침구류 내에 침투하여 번식할 가능성이 높아지고 세탁으로도 제거되지 않는 등 여러 가지 문제점이 있다. 집먼지 진드기의 경우는 집 내부의 유해한 환경을 조성함으로서 아토피, 비염, 천식 등과 같은 질병을 야기시키는 문제가 있다. 진드기의 배설물이나 사체 잔해는 사람의 호흡기로 들어가거나 피부에 닿게 되면 알레르기 질병을 일으키기도 한다. 침구류, 특히 이불 등의 경우는 따뜻하고 습기가 있고, 사람의 피부에서 떨어져 나온 각질과 같은 충분한 음식 공급원이 있기 때문에, 진드기와 같은 균의 번식에 적합한 환경을 제공하고 있는 점에서 침구류를 깨끗하게 관리할 필요가 대두되고 있다.

따라서, 공기 투과성이 우수하면서도, 집먼지 진드기나 알러지를 일으키는 알러지원을 방지하는 침구류용 섬유의 개발 필요성이 대두되고 있다. 이를 위해 침구류 상에 나노섬유를 이용하는 이용함으로서 균의 번식을 차단하고자 하는 노력이 잇따라 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 우수한 공기투과성을 가지면서도 미세한 기공을 가지는 침구용 나노섬유원단 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 침구류용 나노섬유 원단 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기재 및 상기 기재의 한 쪽 면에 1층 또는 2층의 나노섬유 웹이 적층된 구조를 가지고, 상기 나노섬유 웹의 총 평량이 바람직하게는 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만, 더욱 바람직하게는 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단을 제공한다.

또한 본 발명은 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만의 평량을 가지는 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명의 적절한 실시예는 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 상기 하부면에 나노섬유 웹이 적층된 기재를 플립장치를 통해 하부면이 상부면이 되도록 회전시키는 단계; 상기 제1 나노섬유 웹 상에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및 상기 기재 상에 제1 나노섬유 웹과 제2 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만의 평량을 가지는 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법을 제공한다.

본 발명은, 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용하는 경우 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있으며, 나노섬유 웹이 적층형성되는 지지체를 회전시키어 동일한 면에 연속적으로 상향식 및 하향식 전기방사장치에 의해 나노섬유 웹을 제조하여 나노섬유 원단의 생산 효율을 향상시키는 효과를 거둘 수 있다.

그리고 본 발명은 공기투과성 및 항균 효과가 우수한 나노섬유 원단을 제공하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 나노섬유 웹을 제조하기 위한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 침구류용 섬유는 기재 및 나노섬유의 구성으로 이루어진다.

본 발명에서 사용되는 기재로는 아트지가 사용되며, 종이, 아트지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 기재는 형태 안정성을 유지하기 위한 지지대 역할을 한다.

본 발명에서 지지체로 상기 이성분 기재가 사용되는 경우 이성분 기재의 섬유형성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르일 수 있으며, 폴리프로필렌 테레프탈레이트는 또한 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 및 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리부틸렌 테레프탈레이트이다. 이성분 기재가 사용되는 경우, 용융점이 다른 두가지 성분이 결합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 가장 바람직하다. 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 이성분 기재는 시스-코어형(Sheath-Core), 사이드 바이 사이드(Side-by-Side), 씨타입(C-Type) 등으로 구분될 수 있다. 이 중 시스-코어형 이성분 기재의 경우에는 시스 부분이 저융점 폴리에틸렌 테레프탈레이트이며, 코어부분은 일반적인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성되어 있다. 여기서 시스부분은 약 10 내지 90 중량%이고, 코어는 약 90 내지 10 중량%로 이루어져있다. 시스 부분은 바인더 섬유의 바깥 표면을 형성하는 열적 결합제로서 작용하며, 약 80 내지 150℃의 융점을 갖고, 코어는 약 160 내지 250℃의 융점을 갖는다. 본 발명에서 일 실시예로 사용되는 시스코어형 이성분 기재는 시스부분에 통상의 융점 분석기기로 융점이 나타나지 않는 비결정성폴리에스테르 공중합체를 포함하며, 코어성분으로는 바람직하게 상대적으로 고융점 성분을 사용하는 열접착성 복합섬유이다.

시스부분에 포함되는 폴리에스테르 공중합체는 50 내지 70몰%가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 단위로 되어 있는 공중합 폴리에스테르이다. 30 내지 50몰%는 공중합 산성분으로는 이소프탈산이 바람직하나, 그 외에도 통상의 디카르복실산은 모두 가능하다.

코어 성분으로 사용하는 고융점 성분으로는 융점이 160℃ 이상인 폴리머가 적합하며, 그 사용가능한 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등이 있다.

또한, 본 발명에서 기재로 상기 열가소성 폴리우레탄 기재가 사용되는 경우도 가능하다. 폴리우레탄은 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)와 폴리알콜(Polyalcohol)의 반응에 의해 만들어지는 우레탄 결합의 폴리머이다. 폴리우레탄은 탄성, 내마모성, 가공성이 우수하여 산업 및 소비재, 부품 등에 다양하게 사용되는데, 폴리우레탄의 종류에 따라 그 물성의 차이가 있으므로 용도에 맞는 제품의 선택이 중요하다. 폴리우레탄은 크게 2가지로 구분되는데, 열가소성 폴리우레탄과 열경화성 폴리우레탄으로 나뉘는데, 여기서 열가소성 폴리우레탄의 경우 강도, 성형성, 내화학성, 내유성, 내마모도 등이 우수한 특징이 있다. 열가소성 폴리우레탄(이하 "TPU"라 칭함)로 이루어진 신축성 부직포는, 그들의 높은 탄성, 낮은 잔류왜곡 및 우수한 통기성에 의해 의류, 위생재료 및 스포츠용품용 재료를 포함한 용도에 이용되어 왔다

상기 열가소성 폴리우레탄의 제조방법은 잘 알려져 있다. 즉, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올과 같은 하이드록시 말단기를 함유하는 선형 폴리올과, 양 말단에 이소시아네이트기를 함유하는 디이소시아네이트 화합물을 반응시켜 제조되며, 필요에 따라 사슬연장제, 모노아민 화합물 등의 말단정지제, 기타 첨가제를 첨가하여 제조된다. 폴리올로는 선형상의 호모 또는 공중합체로 이루어지는 각종 디올, 예를 들어 폴리에스테르디올, 폴리에테르디올, 폴리에스테르아미드디올, 폴리아크릴디올, 폴리티오에스테르디올, 폴리티오에테르디올, 폴리카보네이트디올, 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체가 사용될 수 있다. 보다 구체적인 예로는 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 테트라메틸렌기와 3-메틸테트라케틸렌기로 이루어진 공중합 폴리에테르글리콜 등의 폴리알킬렌에테르글리콜을 예시할 수 있다. 하드 세그먼트 역할을 하는 디이소시아네이트 화합물로는 방향족, 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트가 사용되는데, 예를 들러 4,4'디페닐케탄디이소시아네이트, 1,3- 및 1,4-시클로헥실렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸렌디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 사슬연장제로는 디아민 화합물 또는 디올 화합물을 들 수 있으며, 예를 들어 메틸렌디아민, 에탄올디아민, 1,2-프로필렌디아민 등의 디아민 화합물과, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜 등의 디올 화합물이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.말단정지제로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디이소프로필아민과 같은 모노아민계 화합물을 들 수 있다.

한편, 열가소성 폴리우레탄의 수평균 분자량은 1,000∼100,000인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 기재로서 이러한 열가소성 폴리우레탄을 부직포 기재로 사용하는 것에 특징이 있는데, 먼저, 부직포는 웹(섬유를 거듭해 맞춘 상태)를 제작하여 섬유끼리 물리적화학적으로 포장에 얽히게 할 수 있어 제조한다.

일반적인 부직포의 제조공정은 웹 형성과 웹 결합공정을 거치게 된다. 일반적인 공정은 단섬유 부직포에만 사용되며, 장섬유 부직포는 방사에 의한 필라멘트를 사용하므로 이 공정은 필요치 않다. 부직포의 경우 압축된 베일(Bale) 상태로 입고되므로 부직포를 만들기 위해서는 압축된 섬유들의 과정을 거쳐야한다. 웹의 형성공정은 부직포를 만들기 위해서 반드시 필요한 공정으로, 건식 부직포는 웹의 형성을 대기 중에서 행하는데 반하여 습식 부직포는, 섬유를 분산시켜 이것을 떠올림으로써 웹을 얻는다. 따라서 건식부직포는 섬유의 배열이 방향성을 갖는 것이 대부분이나, 습식부직포는 섬유가 랜덤한 불규칙 배열을 이룬다. 그러나 건식부직포에도 랜덤 카드기의 개발로 용도에 따라 방향성이 없는 웹을 얻을 수 있다.

웹을 형성하는 방법으로서 원료 펠렛(pellet)으로부터 용해 방사를 제작한 장섬유를 사용하는 스펀본드법, 단섬유를 카드기 등에서 일정 방향으로 늘어놓아 웹을 형성하는 건식법, 분산제등을 사용 해 수중에 균일 분산해, 망상에 흘려 탈수해 웹을 형성하는 습식법등이 있다.

또한 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 방법에는, 웹에 열용해성 섬유를 혼합해 , 열롤로 압착하는 서멀 본드법, 바인더(접착수지방)으로 결합시키는 케미컬 본드법, 니들(바늘)의 바브(미소한 돌기)로 섬유끼리를 얽히게 할 수 있는 니들펀치법, 섬유를 제조할 때 고압의 공기로 필라멘트에 충격을 주어 랜덤하게 웹을 형성시키며 0.5 내지 30미크론 직경의 웹을 제조할 수 있는 멜트블로운법등이 있다.

이 중 본 발명에 사용되는 열가소성 폴리우레탄 기재는 상기 방법 중 멜트블로운법, 스펀본드 법 및 니들펀치법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 멜트블로운(Meltblown)법의 원리는 열가소성 수지에 의한 용융방사법으로서 방사 노즐의 출구에 고온 및 고압의 공기류를 유입하여 섬유를 연신 및 개섬한 다음 포집 콘베이어 상에 집적시키는 방식이다. 이 방법에 의한 부직포는 유연성, 비투과성, 절연성이 우수한 이점이 있다.

한편 스판본드(Spunbond)법은 원료를 방사하여 열에 의해 자체 접착하여 부직포를 형성하는 방식이다. 주료 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사하여 열에 의하여 자체 접착하여 웹을 형성하는 기술로서, 원단 설계가 용이한 이점이 있다.

또한 니들펀치법의 경우는 섬유를 특수바늘을 이용하여 물리적으로 웹을 결합시켜 제조하며 바늘의 펀칭 회수나 바늘의 밀도에 의하여 제품의 두께 등을 다양화하는 것이 가능한 이점이 있다.

이와 같은 부직포 제조방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 부직포는 본 발명에 사용되는 기재로 사용하는 것이 바람직하다. 기재의 평량으로는 10 내지 150g/m2인 것이 바람직한데, 평량이 10g/m2 미만이면 기재로서의 물성이 떨어지며, 평량이 150g/m2를 초과하면 강성도(stiffness)가 높아 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 열가소성 폴리우레탄 부직포는 소수성 또는 친수성의 성질을 띠는 것이 가능하고, 색 도입도 가능하며, 열가소성의 특징을 통해 고온의 라미네이팅 환경에서 부분적으로 용융될 수 있어서 별도의 접착제 없이 접착 역할을 하는 것이 가능한 이점이 있다.

한편, 본 발명에 사용되는 나노섬유 웹은 전기방사에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 나노섬유 웹을 제조하는 전기방사 장치에 관해 먼저 설명한다.

도 1은 본 발명의 나노섬유 웹을 제조하기 위한 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도시된 바와 같이 전기방사장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 상향식 전기방사장치(1)로 이루어지되, 적어도 하나 이상의 전단부 유닛(10a)과 후단부 유닛(10b)이 일정간격 이격되어 순차적으로 구비되고, 상기 전단부 유닛(10a)과 후단부 유닛(10b)은 고분자 방사용액을 개별적으로 전기방사하여 나노섬유 웹을 제조한다.

상기 전단부 유닛과 후단부 유닛은 그 내부에 고분자 방사용액이 내부에 충진되는 주탱크(8)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 저융점 고분자 또는 고분자 방사용액을 정량으로 공급하기 위한 계량펌프(미도시)와 상기 주탱크(8) 내에 충진된 고분자 방사용액을 토출하되, 핀 형태로 이루어지는 노즐(12)이 다수개 배열설치되는 노즐블록(11)과 상기 노즐(12)에서 분사되는 고분자 방사용액을 집적하기 위하여 노즐(12)에서 일정간격 이격되는 컬렉터(13) 및 상기 컬렉터(13)에 전압을 발생시키는 전압 발생장치(14a, 14b)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 본 발명에 의한 전기방사장치(1)는 주탱크(8) 내에 충진되는 고분자 방사용액이 계량펌프를 통하여 노즐블록(11)에 형성되는 다수의 노즐(12) 내에 연속적으로 정량 공급되고, 공급되는 고분자 방사용액은 노즐(12)을 통해 높은 전압이 걸려 있는 컬렉터(13) 상에 방사 및 집속되어 컬렉터(13) 상에서 이동되는 장척시트(15) 상에 나노섬유 웹으로 제조된다.

여기서 상기 장척시트(15)는 본 발명에 사용되는 기재, 지지체 등을 대체하여 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 나노섬유 웹은 전기방사가 가능한 합성수지 재질을 방사하여 제조된 평균직경이 50~1000nm의 섬유로, 상기 전기방사가 가능한 합성수지 재질은 별도로 제한받지 아니하나, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리비닐리덴플루라이드, 나일론, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄(PUR), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT), 폴리비닐부틸랄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌이민, 폴리올레핀, 폴리유산(PLA), 폴리초산비닐(PVAc), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌이미드(PEI), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리유산글리롤산(PLGA), 실크, 셀룰로오스, 키토산 등이 있으며, 그 중 폴리프로필렌(PP)재질의 소재와 내열성 고분자 물질인 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리 비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]과 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등의 폴리머로 이루어진 군이 상용적으로 사용되는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는 폴리우레탄 또는 폴릴비닐리덴 플루오라이드 또는 나일론이 바람직하다. 기존의 고분자 소재는 폴리우레탄이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용하는 것이 더욱 바람직 할 수 있다.

먼저 폴리우레탄은 알코올기와 아이소사이안산기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물을 총칭한다. 대표적으로는 합성섬유로 만들어진 스판덱스가 있고, 우레탄계 합성고무도 널리 사용된다. 다시 말해, 폴리우레탄은 주사슬의 반복당위 중에 우레탄 결합(-NHCOO-)기를 갖는 고분자 화합물을 총칭한다. 상기와 같은 폴리우레탄은 폴리아미드와 폴리에스테르 중간의 성질을 보이는데, 흡습성은 폴리아미드보다 작고, 상대습도 65%에서 1 내지 1.5%를 나타낸다. 내마모성, 내약품성, 내용제성이 좋고 내노화성, 산소에 대한 안정성이 뛰어난 장점이 있다.

한편, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF; 이하 PVDF라 칭한다)는 플루오로계열의 고분자 중 하나로, 플루오로 수지는 플루오린을 함유하여 열적, 화학적 성질이 뛰어나다.

반응식1. PVDF의 제조

PVDF는 상기 반응식 1과 같은 과정으로 제조되며, 다른 플루오로 수지에 비해 녹는점(177)과 밀도(1.78)가 낮고, 단가가 싸며, 화학적으로 매우 안정하여, 전기줄의 절연에 이용되며, 건물의 외벽을 바르는 고급 페인트로도 쓰인다.

또한, PVDF는 압전성을 나타내는 대표적인 유기물질로 1960년대부터 많은 연구가 진행되어 왔다. PVDF 고분자 내에는 4가지 종류의 결정이 혼재하는데, 이것은결정형태에 따라 α,β,γ 그리고 δ형의 최소 4가지의 형태로 구분 할 수 있다. 그 중 PVDF의 β형 결정은 트랜스형 분자쇄가 평행으로 충진된 것으로 모노머가 갖는 영구쌍극자가 모두 한 방향으로 배열되어 큰 자발 분극을 나타낸다. 이는 연신을 통하여 PVDF 분자를 규칙적으로 배열하여 집합상태에 이방성을 부여함으로써 압전성을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압전 특성을 향상시키기 위하여, PVDF 섬유 내 β형 결정을 증가시키는 다양한 방법들이 연구되고 있다.

또한, 본 발명에서는 융점이 서로 다른 폴리비닐리덴 플루오라이드를 혼합하여 사용할 수도 있다. 즉, 융점이 100 내지 120℃인 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 융점이 150 내지 170℃인 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 사용하는 것이다. 고분자 방사용액으로 상기 저융점 및 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합해서 사용하거나, 각각의 전기방사장치에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 각각 방사하는 것도 가능하다.

상기와 같이 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드와 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 함께 혼합하여 하나의 방사용액으로 사용하는 경우에는 방사된 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드가 후에 라미네이팅 공정에서 접착 역할을 함으로서 기재와 나노섬유 웹 간의 탈리가 쉽게 발생하지 않는다.

또한, 전기방사장치 2개를 사용하여 전단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를, 후단에 위치하는 전기방사장치에 사용되는 고분자로 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용함으로써, 기재상에 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹 및 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹 상에 고융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹이 적층되게 할 수도 있다. 본 적층체의 구조에 있어서도 후에 라미네이팅 공정에서 저융점 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유 웹은 접착층으로서의 역할을 수행할 수 있는 데에 특징이 있다.

한편, 상기 방사용액은 고분자를 용매에 용해시켜 제조하는데, 용매의 종류 또한 고분자를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 예를 든다면 페놀, 포름산, 황산, m-크레솔, 티플루오르아세트앤하이드라이드/다이클로로메테인, 물, N-메틸모폴린 N-옥시드, 클로로폼, 테트라히드로푸란과 지방족 케톤군인 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤, 지방족 수산기 군인 m-부틸알콜, 이소부틸알콜, 이소프로필알콜, 메틸알콜, 에탄올, 지방족 화합물인 헥산, 테트라클로로에틸렌, 아세톤, 글리콜군으로서 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 할로겐 화합물군으로 트리크롤로에틸렌, 다이클로로메테인, 방향족 화합물 군인 톨루엔, 자일렌, 지방족 고리 화합물군으로서 사이클로헥사논, 시클로헥산과 에스테르군으로 n-부틸초산염, 초산에틸, 지방족에테르군으로 부틸셀로살브, 아세트산2-에톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 아미드로 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등을 사용할 수 있으며, 복수 종류의 용매를 혼합하여 이용할 수 있다. 방사용액에는 도전성 향상제 등의 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 고분자 방사용액에 항균제와 같은 첨가제를 함유할 수도 있다. 항균제는 크게 유기 항균제와 무기 항균제로 나눌 수 있다. 유기 항균제는 주로 액상상태로 되어 있으며, 단시간에 항균력을 필요로 하는 제품에 첨가된다. 유기 항균제는 일시적으로는 항균력이 무기 항균제에 비해 높으나 항균력 지속성은 매우 짧다. 그리고, 내성균을 발생시킬 우려와 함께 급성독성이 높기 때문에 인체 안전성에 문제점이 나타나고 있다. 이러한 문제점으로 유기 항균제는 그 사용 영역이 축소되고 있다.

무기 항균제는 주로 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄, 실리카겔 등과 같은 무기물에 항균작용을 하는 금속이온인 은, 아연, 구리 등을 치환시켜 만든 제품으로 현재 대부분의 플라스틱제품, 종이, 섬유 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 무기 항균제는 일시적인 항균력은 유기 항균제보다는 낮지만 인체 안전성이 높고, 내성균이 나타나지 않으며, 항균지속기간도 거의 반영구적이므로 그 사용영역이 확대되고 있는 추세이다.

이 무기 항균제는 주로 제올라이트계, 인산칼슘계, 인산지르코늄계 형태가 시판되고 있는데, 그중 시장점유율이 가장 높은 것은 제올라이트계 무기 항균제이다.

인산칼슘계열의 무기 항균제는 제올라이트계 무기항균제와 비교하여 치환되는 금속이온의 농도가 낮아 항균력이 제올라이트계보다 낮은 단점이 있으며, 인산지르코늄계 무기 항균제는 또한 항균력이 낮고, 단가가 높으며, 항균제 입자의 경도가 높은 단점을 가지고 있다.

이에 비해 제올라이트계 무기 항균제는 다른 항균제에 비해 변색문제가 없고, 항균력이 높고, 입자 경도가 낮은점 등 여러 가지 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 현재 가장 많이 적용되어진 항균제이기 때문에 적용방법이나 안전성 문제에서 탁월한 항균제이다.

이후, 상기 전기방사장치를 통하여 제작된 나노섬유 웹과 지지체(기재)를 라미네이팅하기 위한 라미네이팅 장치에 의해 후 공정을 수행함으로써 나노섬유 원단을 제작한다.

본 발명의 일 실시예에서는 기재 상에 나노섬유 웹이 연속적으로 적층되어 있는 구조가 예시되어 있으나, 나노섬유 웹의 양면에 기재가 위치되는 구조로 구성되는 것도 가능하다. 또한 나노섬유 웹과 기재의 양 단부에 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 멜트블로운 부직포를 위치시키고 초음파 본딩된 다층 구조로 구성되는 것도 가능하다.

이후, 본 발명에 따라 제조된 나노섬유 원단을 셀룰로오스나 침구용 원단에 적층시켜 라미네이팅하여 통기성이 우수한 이불, 베개, 매트리스, 담요, 쿠션 등의 침구류로 제작될 수 있다. 특히 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용하는 경우 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있으며, 기재의 외부면에 셀룰로오스나 침구류에 사용되는 원단을 위치시키고 함께 라미네이팅 하더라도 열가소성 폴리우레탄 기재가 접착층의 역할을 함으로서 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 침구용 나노섬유 원단에 관한 제조방법을 설명한다.

기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만의 평량을 가지는 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 이때 상기 고분자는 폴리우레탄, 상기 기재는 열가소성 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

또한 다른 바람직한 실시예에 의하면, 기재를 준비하는 단계; 상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층하는 단계;상기 하부면에 나노섬유 웹이 적층된 기재를 플립장치를 통해 하부면이 상부면이 되도록 회전시키는 단계; 상기 제1 나노섬유 웹 상에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및 상기 기재 상에 제1 나노섬유 웹과 제2 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만의 평량을 가지고, 상기 고분자는 폴리우레탄, 상기 기재는 열가소성 폴리우레탄인 것을 특징으로 한다.

여기서, 총 나노섬유 웹의 평량이 0.1g/m2 미만이거나 1.0g/m2 이상인 경우 기계적 물성이나 항균 효과가 크지 않는 단점이 있었다.

그리고, 나노섬유 웹으로 폴리우레탄을 사용하고 기재로 열가소성 폴리우레탄 기재를 사용하였을 때, 기재와 나노섬유 웹의 소재의 유사성으로 인해 별도의 접착제 없이도 라미네이팅 공정을 통해 기재와 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않는 이점이 있으며, 기재의 외부면에 셀룰로오스나 침구류에 사용되는 원단을 위치시키고 함께 라미네이팅 하더라도 열가소성 폴리우레탄 기재가 접착층의 역할을 함으로서 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

폴리우레탄(Dow(USA) 사의 Pellethane 2363-80AE를 사용) 13중량%를 N-N-디메틸아세트아마이드(DMAc) 용매 87중량%를 사용하여 용해시켜 고분자 방사용액을 제조하고 전단부에 위치한 상향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하고, 동일한 고분자 방사용액을 후단부에 하향식 전기방사장치의 원료탱크에 구비하였다. 이후 멜트블로운 방식으로 제작된 평량이 30g/m2인 TPU 기재(Bluecher사(社) IOH10UM4) 상에 전단부에 위치한 상향식 전기방사장치에서 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹이 적층형성되고 회전장치를 지나면서 적층체가 180도 회전된다. 이후 후단부에 위치한 하향식 전기방사장치에서는 상기 제1 폴리우레탄 나노섬유 웹 상에 제2 폴리우레탄 나노섬유 웹이 전기방사되어 적층형성되도록 하여 침구용 나노섬유 원단을 제조한다. 이때, 노즐블록과 컬렉터 간의 거리를 20cm, 인가전압 15kV으로 하였다. 이 때 총 나노섬유 웹의 평량은 0.5g/m2이었다. 얻어진 나노섬유 원단을 225면번수의 직조 평직 면직물 상에 적층시킨 후 라미네이팅 하였다.

[실시예 2 내지 4]

총 나노섬유 웹의 평량을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 침구용 원단을 제조하였다

[비교예]

나일론 66을 전기방사하여 총 나노섬유 웹의 평량이 10g/m2이 되도록 하여, 나노섬유 원단을 얻었다. 얻어진 나노섬유 원단의 일 면에 폴리우레탄 접착 용액을 도포한 후, 상기 접착 용액이 도포된 면에 225면번수의 직조 평직 면직물을 접착시킴으로써 침구용 원단을 제조하였다.

-평균 유공 크기

실시예 및 비교예들의 나노섬유 웹을 구성하는 섬유의 평균 유공 크기는, 모세관 유동 기공측정기(포러스 머티리얼즈, CFP-34RTF8A-3-6-L4)를 사용하여 ASTM 규정 F316의 자동 기포점 방법을 사용함으로써 0.05㎛ 내지 300㎛의 기공 크기 직경을 갖는 멤브레인의 기공 크기 특징을 근사적으로 측정하는 ASTM 규정 E 1249-89에 따라 측정하였다.

-공기투과율

실시예 및 비교예들의 프래지어 공기투과율은 다공성 재료의 공기 투과율의 측청치이며, 이는 124.5Pa의 차압에서 재료를 통한 공기 유동 체적을 측정한다. 샘플을 통한 공기의 유동을 측정 가능한 양으로 제한하기 위해 오리피스를 진공 시스템 내에 장착한다. 오리피스의 크기는 재료의 다공도에 따른다. 프래지어 투과율을 보정된 오리피스를 구비한 셔먼 더블유 프래지어 컴퍼니의 이중 압력계를 사용하여 측정한 후 ㎥/분/㎡ 단위로 변환하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예
평량(g/㎡)	0.5	0.7	3	5	10
평균유공(㎛)	1.02	1.05	1.35	1.38	1.8
공기투과율(㎥/분/㎡)	5.68	5.65	5.3	5.2	5

실시예에 따른 침구류용 원단은, 별도의 접착제를 사용하지 않고도 라미네이팅 공정을 통해 면직물과 나노섬유 사이에 탈리가 잘 일어나지 않으면서도, 비교예보다 더 우수한 공기투과율을 가지는 것으로 나타났다.

이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1 : 전기방사장치, 3 : 공급롤러,
5 : 권취롤러, 7 : 주 제어장치,
8 : 주탱크,
10a: 전단부 유닛 10b : 후단부 유닛
11 : 노즐블록, 12 : 노즐,
13 : 컬렉터, 14, 14a, 14b : 전압 발생장치,
15, 15a, 15b : 장척시트, 16 : 보조 이송장치,
16a : 보조벨트, 16b : 보조벨트 롤러,
18 : 케이스, 19 : 절연부재,
30 : 장척시트 이송속도 조절장치,31 : 완충구간,
33, 33' : 지지롤러, 35 : 조절롤러,
40 : 관체, 41, 42 : 열선,
43 : 파이프, 60 : 온도조절 제어장치,
70 : 두께 측정장치, 80 : 통기도 계측장치,
90 : 라미네이팅 장치, 111 : 노즐블록,
111a : 노즐, 112 : 노즐관체,
112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f, 112g, 112h, 112i : 노즐관체,
115 : 기재, 115a, 115b, 115c : 나노섬유 웹,
200 : 오버플로우 장치,
211, 231 : 교반장치, 212, 213, 214, 233 : 밸브,
216 : 제2 이송배관, 218 : 제2 이송제어장치,
220 : 중간탱크, 222 : 제2 센서,
230 : 재생탱크, 232 : 제1 센서,
240 : 공급배관, 242 : 공급제어밸브,
250 : 방사용액 회수 경로, 251 : 제1 이송배관,
300 : VOC 재활용 장치, 310 : 응축장치,
311, 321, 331, 332 : 배관, 320 : 증류장치,
330 : 용매 저장장치, 404 : 공기 공급용 노즐.

Claims (8)

1. 기재 및
   상기 기재의 한 쪽 면에 1층 또는 2층 이상 나노섬유 웹이 적층된 구조를 가지고,
   상기 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만의 평량을 가지며,
   상기 기재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 그 평량이 10 내지 150g/㎡ 이며,
   상기 나노섬유는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단
2. 기재를 준비하는 단계;
   상기 기재의 하부면에 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 1.0g/㎡ 미만의 평량을 가지는 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 나노섬유 웹을 적층하는 단계;
   상기 기재 상에 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하며,
   상기 기재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 그 평량이 10 내지 150g/㎡ 이며,
   상기 나노섬유는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법
3. 기재를 준비하는 단계;
   상기 기재의 하부면에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층하는 단계;
   상기 하부면에 나노섬유 웹이 적층된 기재를 플립장치를 통해 하부면이 상부면이 되도록 회전시키는 단계;
   상기 제1 나노섬유 웹 상에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및
   상기 기재 상에 제1 나노섬유 웹과 제2 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만의 평량을 가지며,
   상기 기재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 그 평량이 10 내지 150g/㎡ 이며,
   상기 제1 및 제2 나노섬유는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법
4. 기재를 준비하는 단계;
   상기 기재의 상부면에 고분자 방사용액을 하향식 전기방사하여 제1 나노섬유 웹을 적층하는 단계;
   상기 상부면에 나노섬유 웹이 적층된 기재를 플립장치를 통해 상부면이 하부면이 되도록 회전시키는 단계;
   상기 제1 나노섬유 웹 상에 고분자 방사용액을 상향식 전기방사하여 제2 나노섬유 웹을 적층하는 단계; 및
   상기 기재 상에 제1 나노섬유 웹과 제2 나노섬유 웹이 적층된 적층체를 라미네이팅 하는 단계를 포함하고, 나노섬유 웹의 총 평량이 0.1g/㎡ 이상 20g/㎡ 미만의 평량을 가지며,
   상기 기재는 열가소성 폴리우레탄(TPU)이고, 그 평량이 10 내지 150g/㎡ 이며,
   상기 제1 및 제2 나노섬유는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 침구류용 나노섬유 원단의 제조방법
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